[发明专利]一种剪切模量测量系统及其方法

说明书

一种剪切模量测量系统包括：试件承载组件，试件承载组件包括试件容纳部，试件悬挂在试件容纳部中，且试件容纳部中设置有激振装置，激振装置驱动试件振动；摄像装置，摄像装置具有测振摄像头，测振摄像头支承在支架上，并对准试件，从而测振摄像头能够对试件进行测振；以及控制台，控制台与摄像装置和试件容纳部中的激振装置相连接，从而能够向摄像装置和激振装置发送控制信号，以及从摄像装置接收测量信号，并能够基于测量信号计算出试件的剪切模量。该系统测量精度高，结构简单，且易于操作。还公开了一种剪切模量测量方法。

技术领域

本发明涉及对材料力学性能的测量，更具体地，本发明涉及对材料的剪切模量进行测量的系统和方法。

背景技术

在设计各种工程结构时，需要对各种材料进行选择。对材料进行选择的主要依据是该材料的力学特性，即材料的宏观性能。在工程设计中经常要考虑的力学性能包括弹性性能、塑性性能、抗冲击性能等。

目前，在许多领域中，对于结构设计的要求朝着轻便、精巧的方向发展，这一点在航空航天领域中尤其如此。在航空航天领域，要求飞行器的重量尽可能的轻，同时又要确保结构的可靠性，由此，需要更为准确地得到材料的力学性能参数，为结构设计提供可靠的参考依据。

剪切模量是结构设计时要考虑的材料力学特性之一。剪切模量是指材料在弹性变形的比例极限范围内剪切应力与材料的应变的比值，它表征材料抵抗剪切应变的能力，剪切模量越大，表示材料的刚性越强。

剪切模量传统测量方法如下：如图1所示，圆柱形的试件2两端支承在扭角仪1上，通过扭角仪1对该试件2施加一个扭矩。在扭矩的作用下，圆柱形的试件2会被扭转一个角度。可以测量和/或计算出该角度，再使用公知的公式基于所施加的扭矩以及对应的扭转角度来计算出试件2的剪切模量。

但是，上述传统的剪切模量测量装置和方法存在一些弊端，无法满足越来越高的剪切模量测量精度要求。例如，在用扭角仪进行剪切模量的测量时，扭角仪夹持住试件的两端来施加扭矩，因而是一种接触式的加载试验，这对于某些脆性材料来说容易在试验过程中发生断裂。此外，传统的扭角仪需要在常温条件下测量剪切模量，因此无法测量材料在不同温度条件下的剪切模量，但工程人员发现，剪切模量是会随着温度改变而变化的物理量，因此在温度会发生变化的应用场合中，用扭角仪来测量剪切模量的方式将不再适用。

因此，对于剪切模量的测量，需要能够有效、简单且易于操作的剪切模量测量系统和方法，且该测量系统和方法能够针对不同的温度条件测量材料的剪切模量。

发明内容

本发明是为解决以上所述现有技术所存在的问题而做出的。本发明的一个目的是提供一种结构简单且易于操作的系统来测量受试材料的剪切模量。本发明的进一步的目的是提供一种能够测量受试材料在不同的温度条件下的剪切模量的系统。本发明还意在提供对应的剪切模量测量方法。

本发明涉及一种用于试件的剪切模量测量系统，该系统包括：

试件承载组件，试件承载组件包括试件容纳部，试件悬挂在试件容纳部中，且试件容纳部中设置有激振装置，激振装置驱动试件振动；

摄像装置，摄像装置具有测振摄像头，测振摄像头支承在支架上，并对准试件，从而测振摄像头能够对试件进行测振；以及

控制台，控制台与摄像装置和试件容纳部中的激振装置相连接，从而能够向摄像装置和激振装置发送控制信号，以及从摄像装置接收测量信号，并能够基于测量信号计算出试件的剪切模量。

通过本发明的上述结构的剪切模量测量系统，可以由激振装置对悬挂的试件进行激振，并由摄像装置对该试件进行测振，来得出试件的一阶扭转频率，然后可基于该一阶扭转频率计算出该试件的剪切模量。这样，可实现对试件的无接触测量，不会对试件产生损伤。并且，该系统是通过对试件的一阶扭转频率的测量来得到剪切模量，抗干扰性强，测量精度高，且该系统的结构简单，且易于操作。